23
Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija 1 1 1 Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA Savet: Učite, konstantno po malo, MNOGO JE LAKŠE da POLOŽITE preko KOLOKVIJUMA! Osnovi elektronike Predispitne obaveze: U JANUARU OSTALO Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10% Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10% Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20% Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20% ------------------------------ 120% 60% 14. decembar 2017. 2 14. decembar 2017. 2 Ko nije izašao na I kolokvijum, a ide na lab i predavanja od 120, ima 70% (još nije kasno); ako ne ide na predavanja ima 60% (nije kasno); ali, ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće <50% (e, tada je kasno) Osnovi elektronike Predispitne obaveze: U JANUARU OSTALO Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10% Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10% Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20% Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20% ------------------------------ 120% 60% 3 Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija 14. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija 4 14. decembar 2017. Višestepeni pojačavači Sadržaj 1. Namena 2. Princip rada, uslov oscilovanja 3. Tipovi linearnih oscilatora 4. RC oscilatori 5. LC oscilatori 6. Oscilatori sa kristalom kvarca

Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

1

11

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA

Savet: Učite, konstantno po malo,MNOGO JE LAKŠE da POLOŽITE prekoKOLOKVIJUMA!

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%

------------------------------120% 60%

14. decembar 2017.

214. decembar 2017. 2

Ko nije izašao na I kolokvijum, a ide na lab i predavanja od 120, ima 70% (još nije kasno);ako ne ide na predavanja ima 60% (nije kasno);ali, ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće <50% (e, tada je kasno)

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%

------------------------------120% 60%

3

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

14. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

414. decembar 2017. Višestepeni pojačavači

Sadržaj

1. Namena

2. Princip rada, uslov oscilovanja

3. Tipovi linearnih oscilatora

4. RC oscilatori

5. LC oscilatori

6. Oscilatori sa kristalom kvarca

Page 2: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

2

514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Generisanje signala sa kontrolisanim dinamičkim parametrima (amplituda, oblik, frekvencija)

Oscilatori prostoperiodičnih osciacija linearni

Oscilatori složenoperodičnih oscilacija

– generatori funkcija

Namena

Klasifikacija:

614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

A=yi/(xu+xr); B= xr / yi ; Ar= yi/xu;

Opšta struktura pojačavača sa povratnom spregom.

Kolo povratne sprege

Kolo pojačavača OpterećenjeIzvor signala

xr

yixu xu +xr

B

xu=0

KAKO Oscilatori generišu signal na izlazu i kada nema pobude?

Princip rada

714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Opšta struktura oscilatora

OpterećenjeIzvor signala

yi=Axr; xr = Byi ;

Kolo povratne sprege

Kolo pojačavača

xr

yixr

B

AB=1yi=AByi;

Dakle, ako je AB=1, signal yiz postoji i kada nema pobudnog signala !!!

814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Opšta struktura oscilatora

Izvor signala

B(s)A(s)1

A(s)

(s)

(s)(s)

rA

ul

iz

−==

V

V

Viz(s)=A(Vul (s)+ Vr(s)); Vr (s)=BViz(s);

Kolo pojačavača Opterećenje

Kolo povratne sprege

Vr (s)

Viz(s)

B(s)

Vul (s)=0

Vul (s) + Vr (s)

Viz(s)=A(Vul (s)+ BViz(s))

U frekvencijskom domenu s=jωωωω=j2ππππf

Page 3: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

3

914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Za A(s)B(s)=1 0

)(

)(

)( sV

sV

sV

rA iz

ul

iz ⇔∞→=(s)

Može se dobiti signal na izlazu i ako je Vul(s)=0 !!!

A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja

B(s)A(s)1

A(s)

(s)

(s)(s)

rA

ul

iz

−==

V

V

Opterećenje

Kolo povratne sprege

Vr (s)

Viz(s)

B(s)

Vul (s)=0

Vul (s) + Vr (s)

Opšta struktura oscilatora

1014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kružno pojačanje A(s)B(s)=1, znači da A kompenzuje slabljenje u kolu povratne sprege B.

A=1/B

Opterećenje

Kolo povratne sprege

Vr (s)

Viz(s)

B(s)

Vul (s)=0

Vul (s) + Vr (s)

Opšta struktura oscilatora

1114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Sadrži dva uslova

OpterećenjeIzvor signala

Kolo povratne sprege

Kolo pojačavača

xr

yixr

B

Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1

A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja

signali su u fazi Signal je „održiv“ : niti se pojačava, niti slabi (stabilnost)

1214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Re A(s)B(s) = 1

Amplituda stabilna

A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja

Re A(s)B(s) > 1

Amplituda raste dok ne

uđe u zasićenje

Re A(s)B(s) < 1

Amplituda slabi, dok se ne

priguše oscilacije

Page 4: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

4

1314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Im A(s)B(s) = 0 Re A(s)B(s) = 1

A(s)B(s)=1 Barkhauzenov kriterijum oscilovanja

Konjugovano kompleksni polovi

tjtjeee

tjs

ωσωσ

ωσ

±± ⋅=

±=2,1

amplituda frekvencija

1414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Analiza u 2 koraka:

- Analiza u s-domenu - linearna

- Analiza kontrole amplitude - nelinearna

Oscilatori

1514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Za matematičare:

analiza se svodi na određivanje korenovakarakteristične jednačine

Prvi korak

i/ili

(s)

(s))(

B(s)A(s)1

A(s)

x

y(s)

rA

ul

iz

u

i

V

V=

−==

(s)

(s)(s) iz

iz∆

∆=V 0=∆(s) ∞→(s)izV

1-A(s)B(s)=0

(s)B(s)A(s)1

A(s)(s)(s)

rA(s) ululiz VVV ⋅

−==

0∞→(s)izV

1614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Page 5: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

5

1714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Prvi korak

Da bi se oscilacije uspostavile treba AB > 1;AB=1+δδδδ

Kako vratiti amplitudu na željenu vrednost?

Nelinearnim kolom za kontrolu amplitude

Drugi korak

1814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Drugi korak

Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od granica koje definišu radnuoblast aktivnog elementa.

(šta je to za BJT,

a šta za MOSFET).

Rast amplitude dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, (npr. zaravnjeni vrhsignala).

Time se unose haromijske komponente (signal sadržikomponente na različitim frekvencijama).

1914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Drugi korak

vi

vu

2014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?

Metod superpozicije

Sukcesivno se posmatra uticaj svakog generatora pojedinačno kada su ostali isključeni (=0).Vi

vu

Vi = - (Rf/R1 )vu +

+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +

+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)

Page 6: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

6

2114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Za malo vu, diode inverzno polarisane, Vi=?

Vi = - (Rf/R1 )vu +

+ (R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)V +

+ (R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)(-V)

Vi = - (Rf/R1 )vu

za R2=R5 i R3=R4

Vi

vu

2214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Za malo vu, diode inverzno polarisane

vi =-(Rf/R1 )vu

vi

vu

2314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Kada vu poraste, Vi se smanji, tako da D1 provede

Nagib (pojačanje) = -Rf’/R1

Rf’ =Rf||R3 < Rf

Vi

vu

Vi

vu

2414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Za negativno vu, vi poraste, tako da D2 provede

Nagib (pojačanje) = -Rf’’/R1

Rf’’ =Rf||R4 < Rf

vi

vu

Vi

vu

Page 7: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

7

2514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

D1 provede, kada VA<Vγγγγ=0.7V

Koliki je napon na diodama kada provedu?

Jedan kraj diode je na virtuelnoj masi V-=0V, a drugi:

VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)

D2 provede, kada VB>Vγγγγ=0.7V

VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)

vivu

2614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

++=

+5

4

5

4 1R

RV

R

RVL γγγγ(s)

+−−=

−2

3

2

3 1R

RV

R

RVL γγγγ(s)

Vi

vu

Za VB =-VR4 /(R4+ R5) + viR5 /(R4+ R5)=Vγ γ γ γ , vi= L+

Za

VA =VR3 /(R2+ R3) + viR2 /(R2+ R3)=-Vγγγγ ,

vi= L-

2714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kolo za kontrolu amplitude

Za veliko Rf

Postoje i druga rešenja za kontrolu amplitude koja će biti pomenuta tokom kursa.

2814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

U ovom kursu – linearni oscilatori

Iako u nazivu LINEARNI, oni moraju da sadrže i nelinearne elemente da bi zadržali kontrolu veličine amplitude

• RC oscilatori,

• Ocilatori sa oscilatornim kolima - LC oscilatori

• Ocilatori sa kristalom kvarca

Oscilatori

Page 8: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

8

2914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

U ovom kursu – linearni oscilatori

Oscilatori

Tipovi:- RC oscilatori

- Vinov most- Fazni pomeraj

- Oscilatori sa oscilatornim kolima- Kolpicov- Hartlejev- sa induktivnom spregom- sa negativnom otpornošću...

- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)

3014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

RC oscilatori (10Hz – x100kHz)

• Oscilator sa Vinovim mostom

• Oscilator faznog pomeraja

3114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

3214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien) =)AB(jω

121 /RRA +=

sp

p

ZZ

ZB(jω

+=)

( )( ) ( ) ( )

=+++

+=

+=

CjCRjCRjR

CRjR

ZZ

ZB(jω

sp

p

ωωω

ω

/11/

1/)

( )Cj

CRjCjRZ

CRj

R

CjR

CjRZ sp

ω

ωω

ωω

ω +=+=

+=

+

⋅=

1)/(1 ;

1)/(1

)/(1

Page 9: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

9

3314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

)ωCR

ωCRj

/RRAB(jω

1(3

1) 12

−+

+=

121 /RRA +=

( )21

)CRjCRj

CRjB(jω

ωω

ω

++=

( ) CRjCRj

CRjB(jω

ωω

ω

31)

2+−

=

−+

=

CRCRj

B(jω

ωω

13

1)

3414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

ImAB(jωωωω))))=0;=0;=0;=0;

za ωωωωoRC =1/ (ωωωωoRC); odakle sledi da je frekvencija oscilovanja=

AB(jωωωω)=1

This image cannot currently be displayed.

)ωCR

ωCRj

/RRAB(jω

1(3

1) 12

−+

+=

ωωωωo =1/ (RC)

35

)CRω

CRωj

/RRAB(jω

o

o

1(3

1) 12

−+

+=

14. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

Uslov oscilovanja:

ReAB(jωωωωοοοο))))=1=1=1=1 za (1+R2/R1)=3 ⇒⇒⇒⇒ R2/R1 =

Za ωωωωοοοο=1/(RC)

)ωCR

ωCRj

/RRAB(jω

1(3

1) 12

−+

+=

AB(jωωωω)=1

R2/R1 = 2

3614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

Domaći 10.1

Page 10: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

10

3714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

b) Naći frekvenciju oscilovanja

[fo=1kHz]

c) Odrediti amplitudu oscilovanja ako je VD=0.7V

[21.36Vpp]

a) Odrediti polove funkcije 1-AB zanemarujući kolo limitera

[s1,2=(105/16)(0.015± j)]

Domaći 10.1

3814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

f se podešava u opsegu

xHz-x MHz

R – grubo podešavanje

C – fino podešavanje

Za one koji žele da nauče više

3914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

Domaći 10.2

4014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator sa Vinovim mostom (Wien)

Domaći 10.2

b) Naći frekvenciju oscilovanja

[fo=1kHz]

a) Odrediti položaj potenciometra pri kome se uspostavljaju oscilacije

[20kΩΩΩΩ]

Page 11: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

11

4114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

6

1

RCωo =

( ) RCx

xjxxB(jω

ω

1 ;

651

1)

22=

−+−=

( )

29

1

666651

16)() −=

−+⋅−===

jωxB(jω oo 29−=A

4214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

Praktična realizacija

4314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

Analiza

Prekine se kolo u nekoj tački M

AB = V2/V1

Za one koji žele da

nauče više

4414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

a) Odrediti kružno pojačanje kola bez limitera[AB=ωωωω2C2RRf/[4+j(3ωωωωRC-1/(ωωωωRC))]

b) Odrediti frekvenciju oscilovanja i minimalnu vrednost Rf pri kojoj će se uspostaviti oscilacije

[fo = 574.3Hz, Rfmin=120 kΩΩΩΩ]

Primer 3.

(za vežbu kod kuće)

Za one koji žele da nauče više

Page 12: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

12

4514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

Primer realizacije

sa diskretnim komponentama

4614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilator faznog pomeraja

Aktivni elementi rade u klasi A da bi se smanjila izobličenja

Zahtevaju komponente sa velikim pojačanjem (zbog velikog slabljenja u RC kolu)

Gornja granična frekvencija ograničena vrednostima elemenata kola i graničnim frekvencijama aktivnih elemenata do 100kHz.

Donja granična frekvencija ograničena fizičkom veličinom pasivnih elemenata C !!!

4714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

(100kHz – 100MHz)

4814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Aktivni elementi rade u klasi C zbog većeg stepena iskorišćenja i većeg broja harmonika

f se kontroliše u opsegu x100kHz – x100MHz

Page 13: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

13

4914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

f oscilovanja definiše paralelno oscilatorno kolo (energetski rezervoar)

Odnos X1 i X2 određuje jačinu povratne sprege

X1 X2 X3

Collpitc C C L

Hartley L L C

5014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Kolpicov (Colpitts)

eq

oLC

ω1

=

21

21

CC

CCCeq

+=

5114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Kolpicov (Colpitts)

Kolo za AC signal Kompletno koloeq

oLC

ω1

=

21

21

CC

CCCeq

+=

Za one koji žele da

nauče više

5214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Hartlijev (Hartley)

CLω

eq

o

1=

MLLLeq 221 ++=

M

Page 14: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

14

5314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Hartlijev (Hartley)

CLω

eq

o

1=

1221 2LLLLeq ++=

Za one koji žele da

nauče više

5414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Analiza

Za one koji žele da

nauče više

5514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Analiza

jX1

jXs

jX2Rg vm ulvul

0/1///

///

2

1=

+−−+

−−=∆

RXjXjgXj

XjXjXj

sms

ss

)(00Re 2121 XXXXXX ss +−=⇒=++⇒=∆

Za one koji žele da

nauče više

5614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Analiza

Xs= - (X1+X2)

Xs reaktansa suprotnog karaktera od X1 i X2 !!!

Moguće kombinacije, X1 =C1, X2 = C2, Xs = Ls ili

X1 =L1, X2 = L2, Xs = Cs ili druge

jX1

jXS

jX2R

gmvul

vul

Za one koji žele da

nauče više

Page 15: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

15

5714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa oscilatornim kolima (LC- oscilatori)

Analiza

jX1

jXS

jX2R

gmvul

vul

0

/1///

///

2

1

=∆

+−−+

−−=∆

RXjXjgXj

XjXjXj

sms

ss

Uslov oscilovanja

( ))/(

/10Im

12

1

XXRg

XXRg

m

sm

=

+−=⇒=∆

)( 21 XXX s +−= frekvencija oscilovanja

Za one koji žele da

nauče više

5814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa kristalom kvarca

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

5914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa kristalom kvarca

U elektronskim kolima kristal kvarca ima ulogudvopola. Na dve suprotne stranice kristala nanese sesloj metala na koji se, preko provodnika, dovedesignal.

Pobuđen naizmeničnim signalom, kristal kvarcaponaša se kao el. impedansa:

6014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Otpornost R1 je vrlo mala, tako da se možesmatrati da se kristal kvarca ponaša kao čistoreaktivni dvopol, odnosno kao idealno oscilatornokolo.

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca

Page 16: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

16

6114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa kristalom kvarca

Kristal kvarca ima dve rezonantne frekvencije:- rednu (grana L1C1)

i

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

- paralelnu (zaptivno kolo)

11

1CL

r =ω

10

101

1

CC

CCL

p

+

6214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca

fr i fP razlikuju se veoma malo kada je C0>>C1.

Ponaša se kao veoma selektivna impedansa jer je prirednoj rezonansi reaktansa jednaka 0 a pri paralelnoj teži beskonačnosti.

6314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

Oscilatori sa kristalom kvarca prave se za generisanje fiksne frekvencije oscilovanja. Mogu se napraviti sa promenljivom frekvencijom ali je stabilnost frekvencije oscilovanja manja.

Oscilatori sa kristalom kvarca

6414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa kristalom kvarca

Brojne vrednosti elementa modela za tri kristala kvarca.

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

Parametri modela

R1 L1 C1 Co

rezonantna frekvencija

[ΩΩΩΩ] [mH] [pF] [pF]

2MHz 82 520 22 4.27

10MHz 25 11.5 12.2 5.4

50MHz 20 5.56 1.82 4

Page 17: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

17

6514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Kristal može da se priključi kao kapacitivnost ilikao induktivnost.

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

C-karakter

L-karakter

Oscilatori sa kristalom kvarca

Tada se ostvaruje tzv. kvarcna kontrola frekvencije

oscilovanja, a frekvencija oscilovanja nijejednaka ni jednoj od rezonantnih frekvencijakristala.

6614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Paralelno.

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

Pirsov (Pierce) oscilator.

Oscilatori sa kristalom kvarca

Colpicov oscilator sakvarcnom kontrolom.

6714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarca

Pirsov oscilator

Oscilatori sa kristalom kvarca

CMOS invertor kao pojačavač

6814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Redno

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca

Page 18: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

18

6914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca

7014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Oscilatori sa kristalom kvarcaOscilatori sa kristalom kvarca

Primena u generatorima taktnog signala za mikroprocesore

7114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija frekvencije oscilovanja

7214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija frekvencije oscilovanja

Frekvencija oscilovanja menja se u vremenu.

Stabilnost frekvencije određuje se kao količnikpriraštaja frekvencije u datom vremenskom intervalui nominalne vrednosti frekvencije.

ω

Δ

f

ΔfSf

ω==

T T-∆T

f f+∆f

Page 19: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

19

7314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja

Stabilnost frekvencije zavisi od stabilnosti fazesignala u povratnoj petlji, a ona zavisi od aktivnih ipasivnih elemenata u kolu i od otpornosti potrošača.

ω

Δω

f

ΔfS ==f

7414. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja

Parametri aktivnog elementa menjaju vrednosti zbog promene položaja radne tačke (promena napona napajanja i/ili temperature).

Starenje utiče na promenu vrednosti, kako aktivnih tako i pasivnih elemenata kola.

7514. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Smanjenje nestabilnosti usled promene otpornostipotrošača u kolu postiže se vezivanjem potrošačapreko

razdvojnog stepena (bafera) čija je ulazna otpornostvelika.

Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja

Rp

7614. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Posebna pažnja se poklanja

stabilizaciji napona izvora za napajanje,

temperaturskoj stabilizaciji radne tačke,

izboru tolerancija pasivnih elemenata i njihovogkvaliteta i sl.

Dalje povećanje stabilnosti postiže se

modifikacijama kola oscilatora ili

primenom kristala kvarca.

Stabilizacija frekvencije oscilovanjaStabilizacija frekvencije oscilovanja

Page 20: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

20

7714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Ugrađivanjem kristala kvarca u kolo oscilatorapostiže se velika stabilnost, reda 10-6.

Kristal kvarca karakteriše veoma tačna mehaničkaprirodna frekvencija oscilovanja.

Zato, pobuda promenljivim naponom, izazivamehaničke oscilacije tačno definisane frekvencije.

Frekvencija oscilovanja zavisi od dimenzija i načinaobrade kristala.

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja

Najpovoljnije da oscilator osciluje na rezonantnojfrekvenciji kristala. Dobija se velika stabilnostfrekvencije oscilovanja uz smanjena izobličenjasignala.

7814. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilnost frekvencije oscilatora sa kristalom kvarca

Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja

7914. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Praktično:Kako izgleda, gde kupiti, https://www.idt.com/koliko košta <xUSD

Oscilatori sa kristalom kvarcaStabilizacija frekvencije oscilovanja

IDT XO LVDS Crystal Oscillator

8014. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak

AnalizaNeophodna POZITIVNA povratna spregaBarkhauzenov uslovA(s)B(s)=1- frekvencija oscilovanja ImA(s)B(s)=0- uslov oscilovanja ReA(s)B(s)=1

Page 21: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

21

8114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak

Tipovi:- RC oscilatori

- Vinov most- Fazni pomeraj

- Oscilatori sa oscilatornim kolima- Kolpicov- Hartlejev- sa induktivnom spregom- sa negativnom otpornošću

- Oscilatori sa kristalom kvarca (Pirsov)

8214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija amplitude oscilovanja

Amplituda oscilacija oscilatora nije određena uslovomoscilovanja, već zavisi od veličine aktivne oblasti radaaktivnog elementa.

Velika amplituda dovodi radnu tačku u nelinearni deokarakteristika aktivnog elementa, čime se unosisadržaj haromijskih komponenti i nestabilnostfrekvencije.

Velika stabilnost frekvencije zahteva stabilnuamplitudu oscilacija.

Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak

8314. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija amplitude oscilovanjaZaključak

Tip f opsegMogućnost regulacje f

RC 10Hz-1MHz Lako

LC 100kHz-100MHz Lako

Kvarc 10kHz-1GHz Teško

8414. decembar 2017. 84Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (26.11.2016.) 50% 20%Kolokvijum II (21.01.2017.) 50% 20%

------------------------------120% 60%

Ko nije izašao na I kolokvijum ima 70% (još nije kasno) i

ako ne ide na predavanja ima 60% (još nije kasno)

ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće 50% (skoro da je kasno)

Page 22: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

22

8585

Šta smo naučili?

• Objasniti fizičko značenje uslova oscilovanja i dati matematičku interpretaciju (napisati odgovarajuće izraze).

• Skicirati el. šemu oscilatora sa vinovim (Wien) mostom i operacionim pojačavačem i dati izraze za uslov i frekvenciju oscilovanja.

• Skicirati el. šemu oscilatora sa faznim pomerajem.

Pojačavači sa povratnom spregom14. decembar 2017.

86

Ispitna pitanja

1. Tipovi linearnih oscilatora.

2. Stabilizacija amplitude oscilacija kod oscilatora sa vinovim mostom.

3. Frekvencija i uslov oscilovanja oscilatora sa faznim pomerajem

4. Kolpicov (Colpitts) oscilator (električna šema i frekvencija oscilovanja).

5. Hartlijev (Hartley) oscilator (električna šema i frekvencija oscilovanja).

6. Osnovni načini povezivanja kristala kvarca sa kolom pojačavača.

8614. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom

8714. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Stabilizacija amplitude oscilovanja

Sledeće nedelje:

Pojačavačivelikih signala

8814. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom

V-Domaći 9.1

Rešenje:

495011

501

1zaAB 501

1

2

1

2

1

21

21

1

=⇒=+=+

=−

+−==

=−⇒>>=−

=

R

R

R

R

R

RR

B

RR

R

V

VB

BAB

AA

o

ra)

dBB 8,33)02.0log(20)50

1log(20 −===b)

VVVRR

RV

VVVAB

AV

o

so

1.050/5

51.0501

21

1 ==+

=

=⋅=−

=

c)

%0122,0100'

100

1

8.01

8.0

1100'

8.01

8.0' ;50

1

=⋅−

−−=⋅−

−==

−=

r

rr

r

rr

rr

A

AA

AB

AAB

A

A

AA

AB

AA

AB

AAd)

Page 23: Oscilatori prostoperiodi nih oscilacija - leda.elfak.ni.ac.rsleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017-18/EEN/10... · Oscilatori prostoperiodi čnih oscilacija 2

Oscilatori prostoperiodičnih oscilacija

23

8914. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom

V-Domaći 9.2

Rešenje:

kHz1,200)2001(Hz100)1(

dB98.33)log(20

;501

=⋅=−⋅=

==

=−

=

BAff

Aa

BA

AA

ovvr

roro

o

oro

Ao=100dB

fv=100Hz

-20dB/dec

log(f)

Aor=34dB

fvr=200kHz

9014. decembar 2017. Pojačavači sa povratnom spregom

Domaći 9.3

Rešenje:

dBvvSNR

VVvvAvvv

inis

nginisiz

0)/log(20

;1111)(1

==

⋅+⋅=+=+=

vg

Bez pretpojačavača:

( )( )

( ) ( ) ( ) ( )

( )

( )dB40)100log(20)/log(20

.0099,01101

1

1

;99,01101

100

1

1 ;

111

1

;)(

21

1

21

21

21

1

21

21

21

1

21

21

12121

12

===

==+

=

==+

=

+=

+=⇒+=

++

+=

+=+

=+−

inis

nin

gis

nin

gisinis

ngiz

ngiz

iznizg

vvSNR

VVABA

vAv

VVABA

vAAv

ABA

vAv

ABA

vAAvvv

ABA

vA

ABA

vAAv

vAvAAvABA

vAvABvv

Sa pretpojačavačem:

9114. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Domaći 9.4 Rešenje:

Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu

ulaznu otpornost Rud=100kΩΩΩΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩΩΩΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,

i Rir. Poznato je Rg=10kΩΩΩΩ, R1= 1kΩΩΩΩ , R2=1MΩΩΩΩ Rp= 2kΩΩΩΩ.

Rp

Ria

Rud

Rg

Vd

Vi

Ru

AdVd

R11

R22

Ri

MRRRkRR

RRR 1 ,1 2122

21

2111 ≈+=≈

+=

Vg

6000101.1

10100

)103(

10210

)(

)(

)(

6

3

3

34

11

1122

22

=⋅

⋅⋅=

++≈

+++===

ud

ud

pia

pdo

udg

ud

pia

pd

g

d

d

i

g

io

RR

R

RR

RAA

RRR

R

RRR

RRA

V

V

V

V

V

VA

Ria

VoR1Vr3

21

1 10−−≈

+−=−=

RR

R

V

VB

o

r

8577

6000

1

7)10(600011 3

==−

=

=−−=− −

BA

AA

BA

o

or

o

irirp

irpir

o

iir

piapiai

RRR

RRR

BA

RR

kRRRRRR

⇒+

=

Ω==−

=

Ω=+≈+=

´

´

4287

3000

3)( 22

9214. decembar 2017. Oscilatori prostoperiodičnih

oscilacija

Rp

Ria

Rud

Rg

Vd

Vi

Ru

AdVd

R11

R22

Ri

MRRRkRR

RRR 1 ,1 2122

21

2111 ≈+=≈

+=

Vg

Ω=−=

Ω=−=

Ω=++=++=

kRRR

kBARR

kkkkRRRR

gurur

ouur

udgu

776´

777)1(´

11111001011

Ω≈=−

⋅=

−=⇒

+=

Ω==−

=

Ω=≈=

1001905

190000

952000

952000

´

´ ´

957

666

66,0)( 22

irp

irpir

irp

irpir

o

iir

piapiai

RR

RRR

RR

RRR

BA

RR

kRRRRRR

Domaći 9.4 Rešenje:

Operacioni pojačavač sa slike ima diferencijalno pojačanje Ad=80dB, konačnu

ulaznu otpornost Rud=100kΩΩΩΩ i izlaznu otpornost Ria=1kΩΩΩΩ . Odrediti Ar=Vi/Vg, Rur,

i Rir. Poznato je Rg=10kΩΩΩΩ, R1= 1kΩΩΩΩ , R2=1MΩΩΩΩ Rp= 2kΩΩΩΩ.